用于低输入电荷模数转换的电路装置制造方法及图纸

本公开的各实施例涉及用于低输入电荷模数转换的电路装置。模数转换器包括：采样电容器，连接到复用器输出；放电电路装置，在采样周期开始时的第一时段期间使得采样电容器放电；以及电平移位电路装置，电平移位电路装置在从第一时段期满开始的第二时段期间，将采样电容器充电至第一模拟输入节点处的电压，第一模拟输入节点处的电压通过与第一模拟输入节点连接的第一晶体管和与输出节点连接的第二晶体管之间的阈值电压的失配所引起的失配电压而被修改。第一开关在第二时段期满时，将第一模拟输入节点连接到输出节点，以将采样电容器充电至第一模拟输入节点处的电压，并在模数转换器的采样周期结束时将第一模拟输入节点从输出节点断开连接。出节点断开连接。出节点断开连接。

【技术实现步骤摘要】
用于低输入电荷模数转换的电路装置


[0001]本公开涉及模数转换领域，并且具体地涉及用于减少从模拟输入提供给模数转换器的采样电容器的输入电荷的电路。

技术介绍

[0002]模数转换被广泛用于涉及众多传感器的应用(例如，汽车应用)中。在一些常规模数转换形式中，模拟源(诸如传感器)向采样电容器提供输入电荷，并且电荷累积，因此在采样时段内在采样电容器上采样的电压被转换为数字值。
[0003]期望减少输入电荷，使得减小模数转换器的输入滤波器两端的电压降，从而使得能够提高采样率。现有技术使用轨到轨缓冲器来对输入电压进行采样，从而实现该目标。尽管这消除了对输入电荷的担心，但是这样的缓冲器特别是在高采样率的情况下，消耗大量的片上面积并且具有高功耗。特别是对于存在大量模拟输入源的情况，使用这样的缓冲器在面积和功耗方面变得太昂贵。
[0004]因此，需要在这一领域进一步发展。

技术实现思路

[0005]本文所公开的一个方面涉及用于复用器的输入电路。输入电路包括第一模拟输入节点、输出节点以及连接到输出节点的电容性节点。第一控制电路被配置为在响应于模数转换器的采样周期的开始而开始的第一时段期间，将电容性节点处的电荷设置为期望电压，其中模数转换器的输入由复用器的输出来驱动。第二控制电路被配置为在响应于第一时段期满而开始的第二时段期间，将电容性节点处的电荷设置为第一模拟输入节点处的电压，第一模拟输入节点处的电压通过由于与第一模拟输入节点连接的第一晶体管以及与输出节点连接的第二晶体管之间的阈值电压的失配而导致的失配电压来进行修改。第一通道选择开关闭合，以将第一模拟输入节点连接到输出节点，从而将电容性节点充电至第一模拟输入节点处的电压，第一通道选择开关响应于第二时段的期满而闭合。在模数转换器的采样周期结束时，第一通道选择开关断开，以将第一模拟输入节点从输出节点断开连接。
[0006]本文所公开的另一方面涉及用于模数转换器的输入电路。输入电路包括第一通道选择开关，第一通道选择开关闭合而将第一模拟输入节点连接到中间节点，从而将中间节点充电至第一模拟输入节点处的电压，第一通道选择开关在响应于模数转换器的采样周期的开始而开始的第一时段期间闭合。电容性节点被连接到输出节点。放电电路装置连接在第一通道选择开关和输出节点之间，并被配置为在第一时段期间对电容性节点放电。电平移位电路装置被配置为在响应于第一时段的期满而开始的第二时段期间，将电容性节点充电至中间节点处的电压减去电平移位电路装置的第一晶体管的阈值电压。选择开关闭合而将中间节点连接到输出节点，从而将输出节点充电至中间节点处的电压，选择开关响应于第二时段的期满而闭合。在模数转换器的采样周期结束时，选择开关断开，以将中间节点从输出节点断开连接。
[0007]本文所公开的又一方面涉及用于模数转换器的输入电路。输入电路包括第一通道选择开关，第一通道选择开关闭合而将第一模拟输入节点连接到中间节点，从而将中间节点充电至第一模拟输入节点处的电压，第一通道选择开关在响应于模数转换器的采样周期的开始而开始的第一时段期间闭合。电容性节点被连接到输出节点。充电电路装置被连接在第一通道选择开关和输出节点之间，并且被配置为在第一时段期间将电容性节点充电到供电电压。电平移位电路装置被配置为在响应于第一时段的期满而开始的第二时段期间，将电容性节点放电至中间节点处的电压加上电平移位电路装置的第一晶体管的阈值电压。选择开关闭合而将中间节点连接到输出节点，从而将输出节点放电至中间节点处的电压，选择开关响应于第二时段的期满而闭合。在模数转换器的采样周期结束时，选择开关断开，以将中间节点从输出节点断开连接。
[0008]附加方面涉及用于模数转换器的输入电路。输入电路包括第一通道选择开关，第一通道选择开关闭合而将第一模拟输入节点连接到中间节点，从而将中间节点充电至第一模拟输入节点处的电压，第一通道选择开关在响应于模数转换器的采样周期的开始而开始的第一时段期间闭合。电容性节点被连接到输出节点。第一控制电路被连接在第一通道选择开关和输出节点之间，并且被配置为在第一时段期间将电容性节点处的电荷设置为期望电压。第二控制电路被配置为在响应于第一时段期满而开始的第二时段期间，将电容性节点处的电荷设置为中间节点处的电压，中间节点处的电压通过与中间节点连接的第一晶体管和与输出节点连接的第二晶体管之间的阈值电压的失配而导致的失配电压进行修改。选择开关闭合而将中间节点连接到输出节点，从而将输出节点充电至中间节点处的电压，选择开关响应于第二时段的期满而闭合。在模数转换器的采样周期结束时，选择开关断开，以将中间节点从输出节点断开连接。
附图说明
[0009]图1是根据本公开的用于模数转换器的复用输入电路的框图。
[0010]图2是诸如可以在图1的复用输入电路中使用的采样电平移位电路装置的示意图。
[0011]图3是图2的电平移位电路装置正在操作的定时图。
[0012]图4是诸如可以在图1的复用输入电路中使用的备选采样电平移位电路装置的示意图。
[0013]图5是图4的电平移位电路装置正在操作的定时图。
[0014]图6是根据本公开的用于模数转换器的另一复用输入电路的示意图。
[0015]图7是图6的复用输入电路正在操作的定时图。
[0016]图8是根据本公开的用于模数转换器的又一复用输入电路的示意图。
[0017]图9是图8的复用输入电路正在操作的定时图。
[0018]图10是根据本公开的用于模数转换器的另一复用输入电路的示意图。
[0019]图11是图10的复用输入电路正在操作的定时图。
[0020]图12是根据本公开的用于模数转换器的附加复用输入电路的示意图。
[0021]图13是图12的复用输入电路正在操作的定时图。
[0022]图14是诸如可以与图2、图4、图6、图8、图10和图12的复用输入电路一起使用的输入开关的示意图。
[0023]图15是示出了根据本公开的设计的跨不同输入电压的输入电荷的第一图。
[0024]图16是示出了根据本公开的设计的跨不同输入电压的输入电荷的第二图。
具体实施方式
[0025]以下公开内容使得本领域技术人员能够制造和使用本文所公开的主题。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于除以上详述的实施例和应用之外的实施例和应用。本公开不旨在限于所示出的实施例，而是应被赋予与本文所公开或建议的原理和特征一致的最宽范围。
[0026]如权利要求书中所使用的，词语“断言”是指信号具有将传递信号的组件导通所需的逻辑电平。例如，不论晶体管是n沟道还是p沟道，“断言”信号将晶体管导通；类似地，“断言”信号将开关闭合。
[0027]图1所示的是八通道复用器10的电路图，八通道复用器10在其八个模拟输入节点AnalogInput<0>-AnalogInput<7>处接收八个模拟输入。八本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于复用器的输入电路，所述输入电路包括：第一模拟输入节点；输出节点；电容性节点，连接到所述输出节点；第一控制电路，被配置为在响应于模数转换器的采样周期的开始而开始的第一时段期间，将所述电容性节点处的电荷设置为期望电压，其中到所述模数转换器的输入由来自所述复用器的输出驱动；第二控制电路，被配置为在响应于所述第一时段的期满而开始的第二时段期间，将所述电容性节点处的电荷设置为所述第一模拟输入节点处的电压，所述第一模拟输入节点处的电压通过与所述第一模拟输入节点连接的第一晶体管和与所述输出节点连接的第二晶体管之间的阈值电压的失配所引起的失配电压而被修改；以及第一通道选择开关，所述第一通道选择开关闭合，以将所述第一模拟输入节点连接到所述输出节点，从而将所述电容性节点充电至所述第一模拟输入节点处的电压，所述第一通道选择开关响应于所述第二时段的期满而被闭合；其中在所述模数转换器的所述采样周期结束时，所述第一通道选择开关断开，以将所述第一模拟输入节点从所述输出节点断开连接。2.根据权利要求1所述的输入电路，其中所述第一控制电路包括放电电路装置，所述放电电路装置被配置为在所述第一时段期间将所述电容性节点放电至接地；其中所述第二控制电路包括电平移位电路装置，所述电平移位电路装置被配置为在所述第二时段期间，将所述电容性节点充电至所述第一模拟输入节点处的电压，所述第一模拟输入节点处的电压通过所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的阈值电压的失配所引起的所述失配电压而被修改；并且其中所述电平移位电路装置包括所述第一晶体管和所述第二晶体管。3.根据权利要求2所述的输入电路，还包括控制信号发生器，所述控制信号发生器被配置为：响应于所述模数转换器的所述采样周期的开始，断言第二控制信号达所述第一时段；响应于所述第一时段的期满，将所述第二控制信号解除断言；响应于所述第一时段的期满，断言第一控制信号达所述第二时段；以及响应于所述第二时段的期满，将所述第一控制信号解除断言。4.根据权利要求3所述的输入电路，其中所述第一晶体管包括第一p沟道晶体管，所述第一p沟道晶体管具有连接到接地的漏极、连接到第一节点的源极、以及连接到所述第一模拟输入节点的栅极；其中所述第二晶体管包括第二n沟道晶体管，所述第二n沟道晶体管具有连接到所述输出节点的源极和连接到第二节点的栅极；并且其中所述电平移位电路装置还包括：第一n沟道晶体管，所述第一n沟道晶体管具有连接到所述第二节点的漏极、连接到接地的源极、以及连接到所述第一控制信号的栅极；传输门，被配置为响应于所述第一控制信号的断言而将所述第一节点连接到所述第二
节点；第二p沟道晶体管，所述第二p沟道晶体管具有连接到所述第二n沟道晶体管的漏极的漏极、连接到供电电压的源极、以及连接到所述第一控制信号的栅极；逻辑门，被配置为根据对所述第一控制信号的补码和所述第二控制信号执行的逻辑运算来生成逻辑信号；电阻器，所述电阻器具有连接到所述第一节点的第一端子；以及第三p沟道晶体管，所述第三p沟道晶体管具有连接到所述电阻器的第二端子的漏极、连接到所述供电电压的源极、以及连接到所述逻辑信号的栅极。5.根据权利要求4所述的输入电路，其中所述逻辑门包括NOR门，所述NOR门接收所述第一控制信号的补码和所述第二控制信号作为输入，并且生成所述逻辑信号作为输出。6.根据权利要求4所述的输入电路，其中所述放电电路装置包括第三n沟道晶体管，所述第三n沟道晶体管具有连接到所述输出节点的漏极、连接到接地的源极、以及连接到所述第二控制信号的栅极。7.根据权利要求2所述的输入电路，还包括：第二模拟输入节点；第二放电电路装置，被配置为在所述第一时段期间将所述电容性节点放电；第二电平移位电路装置，被配置为在所述第二时段期间，将所述电容性节点充电至所述第二模拟输入节点处的电压，所述第二模拟输入节点处的电压通过与所述第二模拟输入节点连接的第三晶体管以及与所述输出节点连接的第四晶体管之间的阈值电压的失配所引起的失配电压而被修改；以及第二通道选择开关，所述第二通道选择开关闭合，以将所述第二模拟输入节点连接到所述输出节点，从而将所述电容性节点充电至所述第二模拟输入节点处的电压，所述第二通道选择开关响应于所述第二时段的期满而闭合；其中所述第二通道选择开关在所述模数转换器的所述采样周期结束时断开，以将所述第二模拟输入节点从所述输出节点断开连接；其中所述第一通道选择开关基于第一通道选择信号来操作，如果包括所述模拟输入节点、所述放电电路装置、所述电平移位电路装置和所述第一通道选择开关的第一通道被选择，则所述第一通道选择信号响应于所述第二时段的期满而被断言，并且在所述模数转换器的所述采样周期结束时被解除断言；并且其中所述第二通道选择开关基于第二通道选择信号来操作，如果包括所述第二模拟输入节点、所述第二放电电路装置、所述第二电平移位电路装置和所述第二通道选择开关的第二通道被选择，则所述第二通道选择信号响应于所述第二时段的期满而被断言，并且在所述模数转换器的所述采样周期结束时被解除断言。8.根据权利要求1所述的输入电路，其中所述第一控制电路包括充电电路装置，所述充电电路装置被配置为在所述第一时段期间，将所述电容性节点充电至供电电压；其中所述第二控制电路包括电平移位电路装置，所述电平移位电路装置被配置为在所述第二时段期间，将所述电容性节点放电至所述第一模拟输入节点处的电压，所述第一模拟输入节点处的电压通过所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的阈值电压的失配所引
起的所述失配电压而被修改；并且其中所述电平移位电路装置包括所述第一晶体管和所述第二晶体管。9.根据权利要求8所述的输入电路，还包括控制信号发生器，所述控制信号发生器被配置为：响应于所述模数转换器的所述采样周期的开始，断言第二控制信号达所述第一时段；响应于所述第一时段的期满，将所述第二控制信号解除断言；响应于所述第一时段的期满，断言第一控制信号达所述第二时段；以及响应于所述第二时段的期满，将所述第一控制信号解除断言。10.根据权利要求9所述的输入电路，其中所述第一晶体管包括第一n沟道晶体管，所述第一n沟道晶体管具有连接到所述供电电压的漏极、连接到第一节点的源极、以及连接到所述第一模拟输入节点的栅极；其中所述第二晶体管包括第二p沟道晶体管，所述第二p沟道晶体管具有连接到所述输出节点的源极和连接到第二节点的栅极；并且其中所述电平移位电路装置包括：第一p沟道晶体管，所述第一p沟道晶体管具有连接到所述供电电压的源极、连接到所述第二节点的漏极、以及连接到所述第一控制信号的补码的栅极；第二n沟道晶体管，所述第二n沟道晶体管具有连接到所述第二p沟道晶体管的漏极的漏极、连接到接地的源极、以及连接到所述第一控制信号的补码的栅极；逻辑门，被配置为根据对所述第二控制信号和所述第一控制信号执行的逻辑运算来生成逻辑信号；电阻器，所述电阻器具有连接到所述第一节点的第一端子；以及第三n沟道晶体管，所述第三n沟道晶体管具有连接到所述电阻器的第二端子的漏极、连接到接地的源极、以及连接到所述逻辑信号的栅极。11.根据权利要求10所述的输入电路，其中所述逻辑门包括NAND门，所述NAND门接收所述第一控制信号和所述第二控制信号作为输入，并生成所述逻辑信号作为输出。12.根据权利要求10所述的输入电路，其中所述充电电路装置包括第三p沟道晶体管，所述第三p沟道晶体管具有连接到所述供电电压的源极、连接到所述输出节点的漏极、以及连接到所述第二控制信号的栅极。13.根据权利要求8所述的输入电路，还包括：第二模拟输入节点；第二充电电路装置，被配置为在所述第一时段期间，将所述电容性节点充电至所述供电电压；第二电平移位电路装置，被配置为在所述第二时段期间，将所述电容性节点放电至所述第二模拟输入节点处的电压，所述第二模拟输入节点处的电压通过与所述第二模拟输入节点连接的第三晶体管和与所述输出节点连接的第四晶体管之间的阈值电压的失配所引起的失配电压而被修改；以及第二通道选择开关，所述第二通道选择开关闭合，以将所述第二模拟输入节点连接到所述输出节点，从而将所述电容性节点充电至所述第二模拟输入节点处的电压，所述第二通道选择开关响应于所述第二时段的期满而被闭合；
其中所述第二通道选择开关在所述模数转换器的所述采样周期结束时断开，以将所述第二模拟输入节点从所述输出节点断开连接；其中所述第一通道选择开关基于第一通道选择信号来操作，如果包括所述第一模拟输入节点、所述充电电路装置、所述电平移位电路装置和所述第一通道选择开关的第一通道被选择，则所述第一通道选择信号响应于所述第二时段的期满而被断言，并且在所述模数转换器的所述采样周期结束时被解除断言；并且其中所述第二通道选择开关基于第二通道选择信号来操作，如果包括所述第二模拟输入节点、所述第二充电电路装置、所述第二电平移位电路装置和所述第二通道选择开关的第二通道被选择，则所述第二通道选择信号响应于所述第二时段的期满而被断言，并且在所述模数转换器的所述采样周期结束时被解除断言。14.一种用于模数转换器的输入电路，所述输入电路包括：第一通道选择开关，所述第一通道选择开关闭合，以将第一模拟输入节点连接到中间节点，从而将所述中间节点充电至所述第一模拟输入节点处的电压，所述第一通道选择开关在响应于所述模数转换器的采样周期的开始而开始的第一时段期间被闭合；电容性节点，被连接到输出节点；放电电路装置，连接在所述第一通道选择开关和所述输出节点之间，并且被配置为在所述第一时段期间对所述电容性节点放电；电平移位电路装置，被配置为在响应于所述第一时段的期满而开始的第二时段期间，将所述电容性节点充电至所述中间节点处的电压减去所述电平移位电路装置的第一晶体管的阈值电压；以及选择开关，所述选择开关闭合，以将所述中间节点连接到所述输出节点，从而将所述输出节点充电至所述中间节点处的电压，所述选择开关响应于所述第二时段的期满而被闭合；其中在所述模数转换器的所述采样周期结束时，所述选择开关断开，以将所述中间节点从所述输出节点断开连接。15.根据权利要求14所述的输入电路，还包括：控制信号发生器，被配置为：响应于所述模数转换器的所述采样周期的开始，断言第二控制信号达第一时段；响应于所述第一时段的结束，将所述第二控制信号解除断言；响应于所述第一时段的结束，断言第一控制信号达第二时段；以及响应于所述第二时段的结束，将所述第一控制信号解除断言。16.根据权利要求15所述的输入电路，其中所述第一晶体管在所述电平移位电路装置内，并且包括第一n沟道晶体管，所述第一n沟道晶体管具有连接到所述输出节点的源极和连接到所述中间节点的栅极；并且其中所述电平移位电路装置还包括第一p沟道晶体管，所述第一p沟道晶体管具有连接到供电电压的源极、连接到所述第一n沟道晶体管的漏极的漏极、以及连接到所述第一控制信号的栅极。17.根据权利要求16所述的输入电路，其中所述放电电路装置包括第二n沟道晶体管，所述第二n沟道晶体管具有连接到所述输出节点的漏极、连接到接地的源极、以及连接到所
述第二控制信号的栅极。18.根据权利要求14所述的输入电路，还包括：第二通道选择开关，所述第二通道选择开关闭合，以将第二模拟输入节点连接到所述中间节点，从而将所述中间节点充电至所述第二模拟输入节点处的电压，所述第二通道选择开关在所述第一时段期间被闭合；其中所述第一通道选择开关基于第...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：意法半导体国际有限公司，
类型：发明
国别省市：